Переход:.....Назад.....Содержание.....Вперед

Реферат

Новая релятивистская теория пространства-времени (НРТПВ) дает возможность:

1) Решить проблему грядущего энергетического кризиса, обусловленного исчерпанием на Земле запасов ископаемого топлива (уголь, нефть, газ).

НРТПВ предлагает коммерчески выгодный способ катализа ядерного синтеза электронами с кинетической энергией не выше 200 мегаэлектронвольт (МэВ).

2) Дать удивительно простое (одной лишь формулой квадратичной зависимости скорости света от скорости ИСО) объяснение целому ряду астрономических явлений: светящимся дугам, цефеидам, "новым" звездам, "сверхновым" звездам I и II типа, пульсарам, объекту SS-433, красному смещению спектров далеких звезд, "реликтовому" излучению, парадоксу Ольберса (почему ночью небо темное), вспышкам космических рентгеновских и гамма-лучей.

3) Построить очень простую картину микромира, обеспечивающую:

а) Решение проблемы мюон-электронной универсальности, (см. ниже п. 12. "Изменения в картине микромира, вытекающие из НРТПВ").

б) Доказательство отсутствия в реальной действительности целого ряда элементарных частиц, существование которых сегодня считается экспериментально доказанным (мюонов, пи-мезонов, тау-лептонов, нейтрино и т. д.) (см. ниже п. 12).

Сущность новой релятивистской теории пространства-времени

Нобелевский лауреат 1958 года по физике академик Игорь Евгеньевич Тамм на рубеже последней трети двадцатого века в статье "На пороге новой теории" ("Наука и жизнь", 1967, № 1, стр. 7 - 15) писал:

"В последнее время у физиков становится все более явным ощущение, что мы находимся накануне фундаментальной революции в теории, которая приведет к не менее серьезному пересмотру представлений и понятий, чем это было сделано теорией относительности и квантовой теорией".

Новая релятивистская теория пространства- времени (НРТПВ), предлагаемая здесь, и является такой новой фундаментальной теорией. Сущность новой релятивистской теории пространства-времени состоит в следующем.

1. Новое определение для понятия "время события"

Вместо эйнштейновского определения "Время события - это одновременное с событием показание часов, покоящихся в месте события" предлагается новое определение:

"Время события - это временной промежуток между моментом начала отсчета времени и моментом, в который это событие произошло, равный произведению одновременного с событием показания часов, которые покоятся в месте события и которые в момент начала отсчета времени имели нулевые показания, на продолжительность промежутка времени, являющегося единицей измерения времени для этих часов".

Развитие электронной техники убедительно доказало, что "показание часов", одновременное с событием, не может быть физической величиной, а является всего лишь безразмерным числом. А "время события", как и пространственные координаты события, должно быть физической величиной.

2. Исходные принципы новой релятивистской теории пространства-времени

Как и специальная теория относительности (СТО), которая основывается на двух принципах (принципе относительности и принципе независимости скорости света от скорости источника), исходными принципами НРТПВ являются оба принципа: принцип относительности:

"Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух движущихся друг относительно друга инерциальных систем отсчета эти изменения состояния относятся",

и  принцип независимости скорости света в покоящейся инерциальной системе отсчета (ИСО) от скорости источника:

"Каждый луч света движется в "покоящейся" системе координат с определенной скоростью С_o , независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом".

Но принцип относительности НРТПВ не является в точности эйнштейновским принципом относительности из специальной теории относительности.

Согласно НРТПВ все инерциальные системы отсчета (ИСО) равноправны и любую из них можно с одинаковым основанием считать или покоящейся, или  движущейся и никакими опытами внутри  ИСО невозможно установить, является ли она покоящейся или движущейся. Основное отличие НРТПВ от СТО состоит в том, что движущаяся ИСО не эквивалентна покоящейся ИСО.

3. Уравнения преобразования координат и времени событий от одной инерциальной системы отсчета к другой

В новой релятивистской теории пространства-времени уравнения преобразований координат и времени событий имеют вид:

- Для случая, когда покоящейся считается штрихованная инерциальная система отсчета:

c_o t' = G (c_u t - b x), x' = G (x - b c_u t), y' = y, z' = z, (Р.1-а)

c_u t = G (c_o t' + b x'), x = G (x' + b c_o t'), y = y', z = z'. (Р.1-b)

- Для случая, когда покоящейся считается нештрихованная инерциальная система отсчета:

c_o t = G (c_u t' + b x'), x = G (x' + b c_u t'), y = y', z = z', (Р.2-а)

c_u t' = G (c_o t - b x), x' = G (x - b c_o t), y' = y, z' = z, (Р.2-b)

где x, y, z, t - декартовы координаты и время события в не штрихованной инерциальной системе отсчета; x', y', z', t' - декартовы координаты и время этого же события в штрихованной инерциальной системе отсчета, движущейся относительно не штрихованной системы отсчета со скоростью u в направлении положительных значений координаты x, причем t = t ' = 0, когда точка x ' = 0 совпадает пространственно с точкой x = 0;

G = (1 - b²) ^-1/2; (Р.3)

b = u/c_u; (Р.4)

c_u = c_o (1 + u²/c_o²)^1/2 (Р.5)

- скорость света в вакууме в движущейся ИСО, зависящая от скорости движения этой ИСО; u - скорость движения одной инерциальной системы отсчета относительно другой; c_o = 299792458 м/с - скорость света в вакууме в неподвижной ИСО.

Новые преобразования обеспечивают инвариантность четырехмерного интервала ds²

c_u²dt² - dx² - dy² - dz² = c_o²dt' ² - dx' ²- dy' ²-dz' ². (Р.6)

В том, что для правой части выражения (Р.6) метрический тензор (его детерминант g' = -1) является единичным и диагональным (g_ik' = 0 при неодинаковых  i, k = 0, 1, 2, 3; g₀₀' = 1, g₁₁' = g₂₂' = g₃₃' = -1 при одинаковых i, k), сомнений не возникает. Нет никакого сомнения и в том, что метрический тензор левой части выражения (Р.6) является диагональным:

g_ik= 0 при неодинаковых i, k = 0, 1, 2, 3 и g₁₁= g₂₂= g₃₃= -1 при одинаковых i, k. (Р.7)

Доказывается, что для метрического тензора левой части выражения (Р.6) компонента g₀₀= 1.

4. Зависимость скорости света от скорости движения ИСО

В новой релятивистской теории пространства-времени доказывается, что скорость света в движущейся ИСО  зависит  от скорости движения этой ИСО. Зависимость (Р.5) скорости света от скорости движения ИСО обладает двумя существенными особенностями:

a) При малых (по сравнению со скоростью света) скоростях движения ИСО  зависимость скорости света от скорости ИСО очень незначительная - скорость света зависит от отношения квадрата скорости движения ИСО  к   квадрату скорости света в вакууме в неподвижно1 ИСО. (Например, при скорости ИСО 30 км/с скорость света увеличивается только на 1,5 м/c.)

б) Независимость скорости света от направления движения ИСО (удаляется ли ИСО от нас или приближается к нам, в обоих случаях скорость света увеличивается).

5. Нет запрета на движение со скоростью, большей скорости света в вакууме

При новых преобразованиях величина Г, определяемая выражением (Р.3), не может стать мнимым числом ни при каких значениях скорости u, даже значительно больших скорости света. Действительно, подставляем формулу (Р.5) зависимости скорости света от скорости ИСО в выражение b = u/c_u. Получим выражение b = u/(c_o² + u²)^1/2. В правой части этого равенства знаменатель (c_o² + u²)^1/2 всегда больше числителя u и величина b никогда не сможет стать не только большей единицы, но она никогда не сможет стать даже равной единице. Поэтому, какой бы большой ни была скорость u, величина b   всегда остается меньшей единицы, а величина Г = (1 - b ²)^-1/2 всегда остается действительным положительным числом. При этом в новой релятивистской теории пространства-времени на движение со сверхсветовой скоростью нет запрета и со стороны принципа причинности.

6. Отсутствие замедления времени в движущихся системах отсчета

Согласно первому уравнению преобразований (Р.1-b) для часов, покоящихся в точке x' = 0 штрихованной системы отсчета, имеем t = t', то есть показания часов, покоящихся в начале координат штрихованной системы отсчета, всегда совпадают с показаниями часов не штрихованной системы отсчета. А это означает, что замедления времени в движущихся системах отсчета нет.

7. Сокращение продольных размеров движущихся тел

В новой теории пространства-времени события, одновременные в одной системе отсчета, не являются одновременными в другой системе отсчета. Вследствие этого длина движущегося тела в направлении его движения при ее измерении из системы отсчета, относительно которой тело движется, оказывается меньшей, чем длина этого же тела, измеренная в системе отсчета, относительно которой тело покоится. Формула зависимости длины движущегося тела от скорости движения тела в новой релятивистской теории пространства-времени имеет вид:

L = L_o/(1 + u²/c_o²)^1/2, (Р.8)

где L_o - длина тела при ее измерении в той системе отсчета, в которой тело покоится; L - длина тела при ее измерении из той системы отсчета, относительно которой это тело движется со скоростью u.

Именно зависимостью (Р.8) длины движущегося тела от скорости его движения физически и обусловлена зависимость (Р.5) скорости света в вакууме от скорости движения ИСО. Ведь именно вследствие зависимости (Р.8) длины тела от его скорости связь между объемами в двух движущихся друг относительно друга системах отсчета, определяется формулой:

W = W_o / (1 + u²/c_o²)^1/2, (Р.9)

где W_o - объем тела в той системе отсчета, относительно которой тело покоится; W - объем тела в той системе отсчета, относительно которой тело движется.

Одна и та же область вакуума вокруг движущегося тела занимает меньший объем в той системе отсчета, относительно которой тело движется, чем в той системе отсчета, относительно которой тело покоится. Вакуум вокруг движущегося тела "уплотняется". А в более плотной среде скорость распространения колебаний увеличивается. Этим также объясняется независимость скорости света от того, приближается ли к нам движущаяся ИСО или удаляется от нас, а также зависимость заряда от скорости.

8. Зависимость заряда от скорости - самое парадоксальное следствие НРТПВ

Самым парадоксальным следствием НРТПВ является зависимость величины движущегося заряда от скорости движения заряда (чем с большей скоростью движется заряд, тем меньше величина заряда)

q = q_o / (1 + u²/c_o²)^1/2, (Р.10)

где q - величина движущегося   заряда; q_o - величина покоящегося  заряда; u - скорость движения заряда.

Зависимость (Р.10) вытекает из инвариантности уравнений Максвелла относительно новых преобразований координат и времени, из которых получены следующие уравнения преобразования 4-мерного тока (из преобразований (Р.1-а)-(Р.1-b))

c_u r = G ( c_o r ' + b j_x' ), j_x = G ( j_x' + b c_o r ' ), j_y = j_y', j_z = j_z', (Р.11)

где c_u = c_o/(1 + u²/c_o²)^1/2; G = (1 - b ²)^-1/2; b = u/c_u ; r  и r' - это плотности заряда в нештрихованной (движущейся) и штрихованной (покоящейся) системах отсчета соответственно; j_x , j_y , j_z и j_x', j_y', j_z' - это составляющие плотности тока в нештрихованной (движущейся) и штрихованной (покоящейся)  системах отсчета соответственно. Из первого уравнения системы (Р.11) следует, что если в штрихованной системе отсчета плотность тока равна нулю (если j_x' = 0), то плотности зарядов в обеих системах отсчета одинаковы (r = r '). Но плотность заряда равна величине заряда, деленной на занимаемый зарядом  объем ( r = q/W и r ' =q'/W ',   где q, q' - полные заряды  в нештрихованной и штрихованной системах отсчета соответственно), а объем зависит от скорости по формуле W = W '/(1 + u²/c_o²)^1/2 (см. формулу(Р.9)). Вследствие этого мы и имеем формулу (Р.10) зависимости величины заряда от скорости движения ИСО.

9. НРТПВ и экспериментальные факты

Обнаружен эксперимент, проведенный еще в 1976 году, повторение которого с очень небольшими изменениями позволяет легко проверить, движутся ли частицы высоких энергий со сверхсветовой скоростью или нет. Этот эксперимент описан в разделе 19 этого сайта. Калибровка временной шкалы аппаратуры в этом эксперименте была произведена исходя из предположения, согласующемся со специальной теорией относительности Эйнштейна, что частицы, имевшие в этом эксперименте наибольшие скорости (электроны высоких энергий) движутся со скоростью, примерно равной скорости света в вакууме. Но существует возможность для проведения калибровки временной шкалы аппаратуры в этом эксперименте с использованием нового метода калибровки, независимого от какой-либо теории пространства-времени. Действительно, для аппаратуры, использованной в этом эксперименте, легко реализовать формулы

B₁/u - d - t_delay1 = (n₁ - 1) DT, 
B₂/u - d - t_delay1 = (n₂ - 1) DT,  
B₂/u - d - t_delay2 = (n₃ - 1) DT,  

где B₁ - длина первой измерительной базы (расстояние между двумя сцинтилляционными детекторами); B₂ - длина второй измерительной базы; u - средняя скорость движения частиц; d - неизвестная разность между временем прохождения импульса от первого детектора до стартового входа время-амплитудного преобразователя (ВАП) и временем прохождения импульса от второго детектора до стопового входа ВАП;  t_delay1 - задержка в линии задержки (которая задерживает импульсы от первого детектора); t_delay2 - вторая ввеличина задержки в линии задержки (причем t_delay2 > t_delay1);   n₁ - номер канала, соответствующий медиане время-пролетного спектра частиц при измерительной базе B₁; n₂ - номер канала, соответствующий медиане время-пролетного спектра частиц при измерительной базе  B₂; DT - временная цена одного канала многоканального анализатора  амплитуды импульсов.

          Имея для каждого значения тока анализирующего магнита   эту систему из трех уравнений  с тремя неизвестными величинами d, u и DT, а также измерив значения величин B₂ - B₁,   t_delay2 - t_delay1, n₁, n₂, n_3, мы можем легко вычислить три неизвестных величины и получить ответ на вопрос, какая из теорий пространства-времени справедлива - СТО или НРТПВ.

В книге  также доказывается:

1) Что ни один из экспериментов по проверке справедливости второго постулата Эйнштейна (закона независимости скорости света от скорости источника) не опровергает существования в природе квадратичной зависимости (Р.5).
2) Что астрономические наблюдения подтверждают существование в природе квадратичной зависимости скорости света от скорости ИСО вида (Р.5) (это подтверждается компьютерным моделированием).
3) Что электроны с кинетической энергией, большей 0,22 МэВ, и протоны с кинетической энергией, большей 395 МэВ, движутся со скоростью, большей скорости света в вакууме (частица движется со сверхсветовой скоростью, если ее кинетическая энергия превышает 42% от ее энергии покоя). Если это предсказание НРТПВ будет подтверждено экспериментом, то этим же экспериментом СТО будет опровергнута.
4) Что так называемая кратность ускорения ускорителя показывает, во сколько раз скорость частиц, инжектированных в ускоритель элементарных частиц, превышает скорость света в вакууме.

(Продолжение реферата на следующей странице.)

Последняя редакция 20 октября 2004 года

Переход:.....Назад.....Содержание.....Вперед